等离子清洗（活化）在LED封装工艺中的应用

 LED是可直接将电能转化为可见光的发光器材，它有着体积小、耗电量低、运用寿命长、发光效率高、高亮度低热量、环保、坚固耐用及可控性强等诸多长处，开展突飞猛进，现已能批量出产整个可见光谱段各种色彩的高亮度、高性能产品。近几年，LED广泛用于大面积图文显示屏，状况指示、标志照明、信号显示、轿车组合尾灯及车内照明等方面，被誉为21世纪新光源，然而在其封装工艺中存在的污染物一直是其快速开展道路上的一只拦路虎，怎么能够简略快速及无污染的处理掉这个问题一直困扰着人们。等离子体清洗，一种无任何环境污染的新式清洗方法，将为人们处理这一问题。 

   一、LED的发光原理及根本结构

   发光原理：LED（light emitting diode），发光二极管，是一种固态的半导体发光器材，它能够直接把电转化为光，其中心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结，因此它具有一般pn结的I-N特性，即正向导通、反向到及击穿特性，在必定条件下，它还具有发光特性。正向电压下，这些半导体资料的pn结中，电流从LED阳极流向阴极，注入的少量载流子与大都载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来。半导体晶体能够宣布从紫外到红外不同色彩的光线， 其波长和色彩由组成pn结的半导体物料的禁带能量所决议，而光的强弱则与电流有关。

    根本结构：简略来说，LED能够看作是将一块电致发光的半导体资料芯片，经过引线键合后四周用环氧树脂密封。其芯片及典型产品根本结构见图1（芯片与透镜间为灌封胶）。

   二、LED封装工艺

   在LED产业链中，上游为衬底晶片出产，中游为芯片设计及制作出产，下游为封装与测验。研发低热阻、优异光学特性、高可靠的封装技能是新式LED走向实用、走向商场的必经之路，从某种意义上讲封装是衔接产业与商场之间的枢纽，只要封装好才能成为终端产品，然后投入实际使用。LED封装技能大都是在分立器材封装技能基础上开展与演化而来的，但却与一般分立器材不同，它具有很强的特殊性，不但完成输出电信号、维护管芯正常作业及输出可见光的功用，还要有电参数及光参数的设计及技能要求，所以无法简略地将分立器材的封装用于LED。经过多年来的不断研讨与开展，LED封装工艺也发生了很大的变化，但其大致可分为以下几个个过程：

    1、芯片查验：资料外表是否有机械损害及麻点麻坑；

    2、LED扩片：选用扩片机对黏结芯片的膜进行扩张，将芯片由摆放严密约0.1mm的距离拉伸至约0.6mm，便于后工序的操作；

    3、点胶：在LED支架的相应方位点上银胶或绝缘胶；

    4、手艺刺片：在显微镜下用针将LED芯片刺到相应的方位；

    5、自动装架：结合点胶和装置芯片两大过程，先在LED支架上点上银胶（绝缘胶），然后用真空吸嘴将LED芯片吸起移动方位，再安置在相应的支架方位上；

    6、LED烧结：烧结的意图是使银胶固化，烧结要求对温度进行监控，防止批次性不良；

    7、LED压焊：将电极引到LED芯片上，完成产品表里引线的衔接作业；

    8、LED封胶：主要有点胶、灌封、模压三种，工艺操控的难点是气泡、多缺料、黑点；

    9、LED固化及后固化：固化即封装环氧的固化，后固化是为了让环氧充沛固化，一起对LED进行热老化，后固化关于进步环氧与支架（PCB）的粘接强度非常重要；

    10、切筋划片：LED在出产中是连在一起的，后期需要切筋或划片将其分离；

    11、测验包装：测验LED的光电参数、查验外形尺寸，依据客户要求对LED产品进行分选，将成品进行计数包装。

    三、原理及设备

    3.1概述：是正离子和电子密度大致相等的电离气体。由离子、电子、自由激进分子、光子以及中性粒子组成，是物质的第四态。人们普遍认为的物质有三态：固态、液态、气态。区别这三种状况是靠物质中所含能量的多少。给气态物质更多的能量，比如加热，将会构成等离子体，在宇宙中99.99％的物质处于等离子状况。

   3.2清洗原理：经过化学或物理作用对工件外表进行处理，完成分子水平的污染物去除（一般厚度为3～30nm），然后进步工件外表活性。被铲除的污染物可能为有机物、环氧树脂、光刻胶、氧化物、微颗粒污染物等。对应不同的污染物，应选用不同的清洗工艺，依据挑选的工艺气体不同，等离子清洗分为化学清洗、物理清洗及物理化学清洗。

   化学清洗:外表反应以化学反应为主的等离子体清洗，又称PE。

   例1：O2＋e－→ 2O- +e－     O-＋有机物→CO2+H2O

   从反应式可见，氧等离子体经过化学反应可使非挥发性有机物变成易挥发的H2O和CO2。

   例2：H2+e-→2H-+e-      H-+非挥发性金属氧化物→金属＋H2O

   从反应式可见，氢等离子体经过化学反应能够去除金属外表氧化层，清洁金属外表。

   物理清洗：外表反应以物理反应为主的等离子体清洗，也叫溅射腐蚀（SPE）。

   例：Ar＋e-→Ar++2e-       Ar++沾污→挥发性沾污

   Ar+在自偏压或外加偏压作用下被加速产生动能，然后轰击在放在负电极上的被清洗工件外表，一般用于去除氧化物、环氧树脂溢出或是微颗粒污染物，一起进行外表能活化。

物理化学清洗：外表反应中物理反应与化学反应均起重要作用。

   3.3等离子清洗机

   等离子清洗机的原理是在真空状况下，压力越来越小，分子间距离越来越大，分子间力越来越小，利用射频源产生的高压交变电场将氧、氩、氢等工艺气体震动成具有高反应活性或高能量的离子，然后与有机污染物及微颗粒污染物反应或碰撞构成挥发性物质，然后由作业气体流及真空泵将这些挥发性物质铲除出去，然后到达外表清洁活化的意图。是清洗方法中最为*的剥离式清洗，其优势在于清洗后无废液，最大特点是对金属、半导体、氧化物和大大都高分子资料等都能很好地处理，可完成全体和局部以及复杂结构的清洗。

   四、等离子清洗在LED封装工艺中的使用

   LED封装工艺直接影响LED产品的成品率，而封装工艺中出现问题的元凶巨恶99%来源于支架、芯片与基板上的颗粒污染物、氧化物及环氧树脂等污染物，怎么去除这些污染物一直是人们重视的问题，等离子清洗作为最近几年开展起来的清洗工艺为这些问题提供了经济有用且无环境污染的处理方案。针对这些不同污染物并依据基板及芯片资料的不同，选用不同的清洗工艺能够得到抱负的效果，可是错误的工艺运用则可能会导致产品报废，例如银资料的芯片选用氧等离子工艺则会被氧化发黑乃至报废。所以挑选适宜的等离子清洗工艺在LED封装中是非常重要的，而熟知等离子清洗原理更是重中之重。一般情况下，颗粒污染物及氧化物选用5％H2+95%Ar的混合气体进行等离子清洗，镀金资料芯片能够选用氧等离子体去除有机物，而银资料芯片则不能够。挑选适宜的等离子清洗工艺在LED封装中的使用大致分为以下几个方面：

   1、点银胶前：基板上的污染物会导致银胶呈圆球状，不利于芯片粘贴，并且容易造成芯片手艺刺片时损害，运用等离子清洗能够使工件外表粗糙度及亲水性大大进步，有利于银胶平铺及芯片粘贴，一起可大大节省银胶的运用量，下降成本。

   2、引线键合前：芯片粘贴到基板上后，经过高温固化，其上存在的污染物可能包括有微颗粒及氧化物等，这些污染物从物理和化学反应使引线与芯片及基板之间焊接不*或粘附性差，造成键合强度不够。在引线键合前进行等离子清洗，会显著进步其外表活性，然后进步键合强度及键合引线的拉力均匀性。键合刀头的压力能够较低（有污染物时，键合头要穿透污染物，需要较大的压力），有些情况下，键合的温度也能够下降，因此进步产值，下降成本。

   3、LED封胶前：在LED注环氧胶过程中，污染物会导致气泡的成泡率偏高，然后导致产品质量及运用寿命低下，所以，防止封胶过程中构成气泡同样是人们重视的问题。经过等离子清洗后，芯片与基板会愈加严密的和胶体相结合，气泡的构成将大大削减，一起也将显著进步散热率及光的出射率。经过以上几点能够看出资料外表活化、氧化物及微颗粒污染物的去除能够经过资料外表键合引线的拉力强度及侵润特性直接表现出来。